SE1930411A1 - Repeterbar plasmatändare - Google Patents

Abstract

Uppfinningen avser en plasmagenerator (1) för initiering av drivladdningar i ett vapensystem, exempelvis vid utskjutning av projektiler från ett eldrörsvapen, genom elektrisk urladdning mellan en bakre elektrod (22) och en främre elektrod (21) i en i ett brännkammarämne (30) innefattad och med fyllnadsgas fylld brännkammarkanal (3) anordnade for att antända minst en drivladdning (11) där plasmageneratorn (1) innefattar minst en joniseringselektrod (100, 101, 102, 103) anordnad inuti det omslutande brännkammarämnet (30) där joniseringselektroden (100, 101, 102, 103) är ansluten till en initieringskrets (99) for jonisering av fyllnadsgasen i brännkammarkanalen (3), samt en andra högspänningsgenerator (5) anordnad for elektrisk urladdning i den elektriskt ledande gasen från den bakre elektroden (22) via minst en joniseringselektrod (100, 101, 102, 103) vidare till den främre elektroden (21) så att het tändgas under högt tryck bildas. Uppfinningen avser även en ammunitionsenhet samt en utskjutningsanordning innefattande nämnda plasmagenerator

Description

lnkorri 'till ochregistrssršrtgsmfrarket 1 ZlllQ -12- ZÛ REPETERBAR PLASMAGENERATOR TEKNISKT OMRÅDE Föreliggande uppfinning avser en förbättrad plasmagenerator för repeterbar initiering avdrivladdningar i ett vapensystem, exempelvis vid utskjutning av projektiler från etteldrörsvapen, genom elektrisk urladdning i en brännkammaromslutning innefattande enbrännkammarkanal och ett brännkammarämne anordnade i anslutning till endrivladdning. Uppfmningen avser även en ammunitionsenhet innefattande en repeterbarplasmagenerator för initiering av drivladdningar vid utskjutning av projektilen' från etteldrörsvapen samt en utskjutningsanordning innefattande en repeterbar plasmagenerator.

UPPFINNINGENS BAKGRUND, PROBLEMOMRÅDE OCH KÄND TEKNIK Ett konventionellt eldrörsvapen avser här ett vapen av typen artilleripjäs, marinpjäs,eller stridsvagnspjäs eller annan pjäs innefattande ett eldrör i vilken en projektil avfyrasoch framdrivs genom eldröret av en drivladdning som tänds med hjälp av enpyroteknisk tändare, exempelvis en tändskruv, tändpatron etc. Drivladdningen, ävenbenämnt drivämne, avser här ett krut i fast form, vilket under förbränning avger gasersom under högt tryck inne i eldröret driver projektilen framåt mot eldrörsmynningen.

Drivämnet kan även vara av annan typ än fast krut.

Högt gastryck under lång tid medför en hög mynningshastighet för projektilen dåprojektilen lämnar eldröret. Hög mynningshastighet för projektilen utnyttjas för attexempelvis öka vapnets räckvidd, förbättra projektilens penetrationsförmåga respektiveminska en projektilbanas tidsförlopp.

En tryckkurva för ett optimalt förbränningsförlopp, och därmed hög utskjutnings-hastighet, bör uppvisa en i det närmaste omedelbar tryckhöjning till Pmax, därefter envaraktig platåfas med ett bibehållet konstant eldrörstryck vid Pmax under hela den tiddrivladdningen brinner inne i eldröret, för att sedan omedelbart falla till noll dåprojektilen lämnar eldröret. All drivladdning skall då normalt ha brunnit upp.

Oavsett val av drivladdning är tändförloppet av stor relevans för tryckförloppet ochdärmed är tändaren och tändsystemet kritiskt för att nå hög utskjutningshastighet.

Samtidigt som så hög utskjutningshastighet som möjligt önskas finns ett behov av attminska känsligheten på drivämnet. Drivämnen av denna typ benämns lågkänsliga, på engelska LOVA (LOw VulnerAbility). Lågkänsliga drivämnen är svåra att antändavilket minskar risken för oavsiktligt initiering av drivämne i risksituationer, exempelvisdå ett stridsfordon blir beskjutet med fientlig eld. Den minskade känsligheten medföräven ökade krav på tändama. Tändarna måste då generera en ökad mängd energioch/eller förhöjt tryck för att skapa tändförloppet. Tändarna består normalt av ettlättinitierat tändämne och om mängden tändämne ökas så står det i direktmotsatsförhållande till att införa drivämne av typ LOVA. Principiellt sker tändninggenom en tändkedja där en mycket liten mängd känsligt tändämne, benämnd primärsats,exempelvis blyazid eller silverazid, antänds genom mekanisk chock eller elektrisk puls.Primärsatsen antänder därefter tändarens sekundärsats, vanligen svartkrut, som i sin turinitierar drivämnet. Genom att ersätta den pyrotekniska tändaren eller hela tändkedjanmed en plasmatändare så minskas systemets känslighet för oavsiktlig initiering.Samtidigt möjliggörs en ökad dynamik för att generera de kraftigare tändpulser somkrävs för att tända drivämnen med låg känslighet (LOVA).

Konventionella tändare innefattar även ett logistiskt och tekniskt problem. Föreldrörsvapen som använder drivladdningar separerade från projektilema somexempelvis artilleri och grövre fartygskanoner används ofta en separat tändpatron förinitiering av drivladdningen. För varje avfyrning används en tändpatron. Det krävssåledes ett mekaniskt system monterat på kanonen för magasinering, laddning ochborttagning av tändpatronen. Genom att använda plasmatändare undviks de logistiskaproblemen runt tändpatron. Ett vanligt förekommande problem är att tändpatronenfastnar i patronläge. Tändpatronen expanderar vid avfyrning av vapensystemet varpåtändpatronen kilar fast i patronläget och eldavbrott inträder. Genom införandet av en plasmatändare undviks eldavbrott och funktionssäkerheten ökar.

Plasmatändare för initiering av drivladdningar finns, exempelvis, beskrivna i patent-dokumenten US-5,23l,242 (A) och US-6,703,580 (BZ). Plasmatändama bygger påprincipen med exploderande trådar, det vill säga en elektriskt ledande tråd som värmsupp, förgasas och delvis joniseras av en elektrisk ström. Nackdelen är att trådenförbrukas och måste ersättas med en ny inför varje avfyming. Plasmatändaren är såledesav engångstyp.

Repeterbara plasmatändare är kända, exempelvis, genom patentdokumenten DE-l03 890 (Al) och DE-40 28 411 (Al). Plasmatändarna bygger på principen att enelektriskt ledande vätska sprutas in mellan två elektroder med en elektriskpotentialskillnad varvid den elektriska kretsen kortsluts och genererar en urladdning och plasmagenerering. Användning av vätskor innebär komplicerade anordningar fördosering och tillförsel samt även problem med eventuellt toxiska, energetiska ellerlättantändliga ämnen. Användning av vätskor kräver även en komplicerad logistik förhantering av vätskor.

Den svenska patentansökan SE 1001 194-8 visar en plasmatändare medjoniseringselektroder förjonisering av ett brännkammarämne därjoniseringen medföratt ett elektriskt överslag mellan två elektroder möjliggörs. Den föreslagnaplasmatändaren är enbart delvis anpassningsbar för olika längder på plasmatändaren och olika tändenergier.

Den svenska patentansökan SE 1130128-0 visar en plasmatändare där fyllnadsgas i enbrännkammare joniseras av högspänningsmatade joniseringselektroder. Joniseringen ibrännkammaren medför att ett elektriskt överslag mellan två elektroder möjliggörs. Denföreslagna plasmatändaren påvisar enbart joniseringselektroder anordnade påplasmatändarens yttre omslutning. I en plasmatändare genereras höga tryck varförgenomföringar i plasmatändarens ytterhölje medför risk för gasläckage eller attplasmatändaren förstörs.

UPPFINNINGEN OCH DESS SYFTEEtt ändamål med föreliggande uppfinning är att lösa ovan identifierade problem.

Ett ytterligare ändamål med föreliggande uppfinning är en förbättrad plasmageneratorför repeterbar initiering av drivladdningar i ett vapensystem, där kompliceradeanordningar för dosering och tillförsel av vätskor mellan elektroder undviks.

Ett ytterligare ändamål med föreliggande uppfinning är en förbättrad plasmageneratorför repeterbar initiering av drivladdningar i ett vapensystem, där plasmageneratoms längd och tändenergi kan anpassas.

Ett ytterligare ändamål med föreliggande uppfinning är en förbättrad plasmageneratorför repeterbar initiering av drivladdningar i ett vapensystem, där plasmageneratomsaknar genomföringar på plasmatändarens ytterhölje.

Ytterligare ändamål med föreliggande uppfinning är en ammunitionsenhet innefattande nämnda förbättrade plasmagenerator.

Ytterligare ändamål med föreliggande uppfinning är en utskjutningsanordninginnefattande nämnda förbättrade plasmagenerator.

Nämnda ändamål, samt andra här ej uppräknade syften, bemöts på ett tillfredställandesätt inom ramen för vad som anges i de föreliggande patentkraven.

Den neutrala fyllnadsgasen kan utgöras av atmosfärsgas eller residualgas frånföregående avfyming. Den elektriska urladdningen kan utgöras av ett ytöverslag,volymsöverslag eller en övergång från ytöverslag från bundna laddningar i ytan avbrännkammarämnet vilket övergår till volymsöverslag i brännkammarkanalen.Volymöverslaget i brännkammarkanalen och den därpå följande effektutvecklingenhöjer gastrycket i brännkammaren och energi avges via rekombination mellan friaelektroner och joner samt neutraler till fotoner som dissocierar och joniserarfyllnadsgasen samt brännkammarämnets yta. Denna yta avger därmed gas tillbrännkammarkanalen vilket ytterligare höjer trycket och tillför ytterligare neutraler tillvolymen, vilket har en bromsande verkan på den impedans-kollaps som sker ibrännkammarkanalen och ökar andelen elektrisk effekt i brännkammaren dåimpedansen inte går mot noll likt det hos gasurladdningar i öppen geometri. Tryck ochtemperaturhöjningen i brännkammaren driver ut het tändgas med plasmaliknande ochelektriskt ledande karakteristik ur den ena terminalens genomföring för att nå drivmedlet som skall initieras.

Således har man enligt föreliggande uppfinning åstadkommit en förbättradplasmagenerator för initiering av drivladdningar i ett vapensystem, exempelvis vidutskjutning av projektiler från ett eldrörsvapen, genom elektrisk urladdning mellan enbakre elektrod och en främre elektrod i en i ett brännkammarämne innefattad och medfyllnadsgas fylld brännkammarkanal anordnade för att antända minst en drivladdningdär plasmageneratom innefattar minst en joniseringselektrod anordnad inuti detomslutande brännkammarämnet därjoniseringselektroden är ansluten till eninitieringskrets, innefattande minst en första högspänningsgenerator, forjonisering avfyllnadsgasen i brännkammarkanalen (3), samt en andra högspänningsgeneratoranordnad för elektrisk urladdning i den elektriskt ledande gasen från den bakreelektroden via minst en joniseringselektrod vidare till den främre elektroden så att hettändgas under högt tryck bildas.

Att minst en joniseringselektrod är anordnad inuti det omslutande brännkammarämnetinnebär att joniseringselektroden ej penetrerar brännkammarämnet.

Joniseringselektroden är helt omsluten av brännkammarämnet. Joniseringselektroden är ej i fysisk kontakt med brännkammarämnet.

Enligt ytterligare aspekter för den förbättrade plasmageneratom enligt uppfinningengäller; att initieringskretsen innefattar den första högspänningsgeneratom och minst en brytareansluten till den första terminalen på minst en kondensator, varvid joniseringselektroden är ansluten till den andra terrninalen på nämnda kondensator. att initieringskretsen innefattar minst en induktor ansluten mellan den andra terminalen på kondensator och joniseringselektroden. att joniseringselektrodema är fast anordnade till en konisk hållare, varvidjoniseringselektroderna är i öppen kontakt mot brännkammarkanalen och elektrisktanslutna till initieringskretsen. Med öppen kontakt menas attjoniseringselektrodema ärblottade mot brännkammarkanalen, det vill säga att joniseringselektrodema inte ärövertäckta. attjoniseringselektrodema i minst en punkt är anordnad med minst en överslagsledare. att joniseringselektroderna är cirkelsymmetriskt anordnade runt en centrumlinje och atten elektrisk isolator mellan joniseringselektrodema utgörs av en konisk hållare somanordnas i centrum på den bakre elektroden samt där den koniska hållaren och denbakre elektroden är anordnad så att elektrisk kontakt mellan initieringskretsen ochjoniseringselektrodema möjliggörs. att den på brännkammarkanalens bakre ände anordnade bakre elektroden är elektrisktansluten till den andra högspänningsgeneratorn och att den på brännkammarkanalensfrämre ände anordnade främre elektroden är ansluten till jord, vilken bakre och främreelektroden är utförda i ett elektriskt ledande material, och att det i den främre elektrodenär anordnat ett gasutlopp som mynnar ut mot drivladdningen. att gasutloppet är något av en konvergent dysa eller en divergent dysa eller enkonvergent-divergent dysa.

Vidare så har man enligt föreliggande uppfinning åstadkommit en förbättradammunitionsenhet innefattande en granathylsa, en projektil, en drivladdning och entändanordning, vilken tändanordningen utgörs av en plasmagenerator.

Vidare så har men enligt föreliggande uppfinning åstadkommit en förbättradutskjutningsanordning innefattande eldrör, drivladdning samt en tändanordning vilken tändanordningen utgörs av en plasmagenerator.

FIGURFÖRTECKNINGUppfinningen kommer i det följande att beskrivas närmare under hänvisning till debifogade figurema där: Fig. la visar schematiskt ett längdsnitt av en repeterbar plasmagenerator enligt en förstautförandeform av uppfinningen.

Fig. lb visar schematiskt ett längdsnitt av en repeterbar plasmagenerator enligt en andra utförandeform av uppfinningen.

Fig. 2 visar ett kretsschema över inkopplingen av joniseringselektroderna enligt en utförandeform av uppfinningen.

Fig. 3 visar ett alternativt kretsschema över inkopplingen av joniseringselektroderna enligt en utförandeform av uppfinningen.

Fig. 4 visar en detaljförstoring av den koniska hållaren i Fig. lb enligt en utförandeformav uppfinningen.

Fig. 5 visar schematiskt ett snitt av en ammunitionsenhet innefattande en plasmagenerator enligt en utförandeform av uppfinningen.Fig. 6 visar en joniseringselektrod enligt en utförandeform av uppfinningen.

DETALJERAD UTFÖRANDEBESKRIVNING Plasmageneratorn l som visas i Fig. la innefattar en främre elektrod 21, ettbrännkammarämne 30 innefattande en brännkammarkanal 3 samt en bakre elektrod 22.Vidare innefattar plasmageneratom l ett antal, i figuren och utförandeformen två, joniseringselektroder 101 och 102. Joniseringselektrodema är anslutna tillinitieringskretsen 99, ej visad i F ig. la.

Brännkammarämnet 30, företrädesvis rörformat, är en del av plasmageneratom l ochbildar plasmageneratorns brännkammarkanal 3. Brännkammarämnet 30 är utformat föratt tåla höga tryck och innefattar inga genomföringar, hål eller annan fysisk utformningsom kan försvaga dess hållfasthet. Brännkammarkanalen 3 sträcker sig axiellt genomplasmageneratom mellan en främre elektrod 21 och en bakre elektrod 22.Brännkammarkanalens 3 främre del, d.v.s. plasmageneratorns 1 gasutlopp 24 ärföreträdesvis utformad som en dysa monterad eller direkt bearbetad i den främreelektroden 21. Den främre elektroden 21 är ansluten till elektriskjord 4. Den bakreelektroden 22 är elektriskt ansluten till en högspänningsgenerator 5, även benämnd den andra högspänningsgeneratom, och monterad mot brännkammarämnet 30.

Plasmageneratorn 1 som visas i Fig. lb innefattar en främre elektrod 21, ettbrännkammarämne 30 innefattande en brännkammarkanal 3 samt en bakre elektrod 22.Vidare innefattar plasmageneratom l ett antal, i figuren och utförandeformen fyra,joniseringselektroder 100, 101, 102 och 103. Joniseringselektroderna är anslutna till initieringskretsen 99, ej visad i F ig. lb.

En eller flera joniseringselektroder 100, 101, 102 och 103, är anordnade inuti och utankontakt till brännkammarämnet 30 inuti brännkammarkanalen 3 och är anslutna till enextem initieringskrets 99 innefattande en extem högspänningsgenerator 2, ävenbenämnd den första högspänningsgeneratorn. Joniseringselektrodema 100, 101, 102 och103 är företrädesvis anordnade på en koniskt formad hållare 32, där den koniskahållaren 32 är anordnad till den bakre elektroden 22. Den koniska hållaren 32 ärföreträdesvis cirkelsymmetriskt anordnad inuti brännkammarämnet 30 och utförd iisolerande material och kan bestå av flera delar för att möjliggöra anordning avjoniseringselektroderna.

Joniseringselektroderna 100, 101, 102 och 103 är företrädesvis cirkelsymmetriska ochanordnade centrerat inuti brännkammarämnet 30 runt centrumlinjen 7, vidare är de delarav den koniska hållaren 32 som är anordnade mellan joniseringselektroderna 100, 101,102 och 103 företrädesvis cirkelsymmetriska och anordnade runt centrumlinjen 7. Inutiden koniska hållaren 32, i figuren ej visat, är anordning för elektrisk inkoppling avjoniseringselektroderna 100, 101, 102 och 103 anordnat exempelvis genom koaxialtanordnade kopplingsbanor. Den koniska hållaren 32 kan innefatta ett offermaterial som vid elektrisk påverkan är en del vid joniseringen och/eller det elektriska överslaget.Förutom en konisk form kan andra former förekomma där radien på decirkelsymmetriska segmenten minskar från den bakre elektroden 22 och framåt iplasmageneratorns längdsutbredning.

Det elektriska kretsschemat för den extema initieringskretsen 99, i fallet att fyrajoniseringselektroder används, är beskriven i Fig. 2. 1 Fig. 2 visas hurjoniseringselektroderna 100, 101, 102, 103 inkopplas till initieringskretsen 99. Tvåhögspänningskondensatorer, 120 och 121, laddas till en högspänning med enhögspänningsgenerator 2. Laddströmmen begränsas med ett laddmotstånd 115.Laddmotstånd 115 minimerar även urladdningsströmmen till högspänningsgeneratom 2från kondensatorema 120 och 121. Den anslutningspunkt på kondensatorerna 120, 121som ansluts till högspänningsgeneratorn 2 laddas till en högspänningspotential. Motsattsida på kondensatorema 120, 121, den sida som inte är ansluten tillhögspänningsgeneratom, ansluts till jord 4 genom strömbegränsande resistorer 1 14,116. Resistorerna 114, 116 är utförda för att vid laddning av kondensatorema 120, 121utgöra en strömbegränsning samt att vid urladdning av kondensatorerna 120, 121 ochdärmed initiering av plasmageneratorn fungera som strömbegränsning för den strömpulssom passerar joniseringselektrodema 100, 101, 102, 103. Mellanjoniseringselektroderna 100, 101, 102, 103 finns strömbegränsande elektrodresistoreranslutna 110, 111, 112, 113. I fallet att fyrajoniseringselektroder 100, 101, 102, 103används, som visats i bilden, behövs enbart två av elektrodresistorerna 1 1 1, 112. I falletatt två joniseringselektroder används, behövs ingen av elektrodresistorerna 110, 111,112, 1 13. De i bilden visade elektrodresistorerna 110 och 113 är visade för attexemplifiera hur kopplingen kan utökas för vidare inkoppling av ett större antaljoniseringselektroder än fyra. Antaletjoniseringselektroder kan fritt väljas utifrånplasmageneratorns 1 önskade storlek, önskade drivspänningar och tillgängliga ochönskade energinivåer. En brytare 130, även benämnd switch, kan vid en viss tidpunktsluta högspänningssidan av kondensatorn mot jord. Brytaren 130 kan vara av typentrigatron, gnistgap, halvledare eller andra typer av brytare. Resistorerna 114 och 1 16förhindrar att urladdningsströmmen från den andra högspänningsgeneratorn 5 laddas urgenom joniseringselektrodema. Den elektriska urladdningen drivs att gå från den bakreelektroden 22 till den främre elektroden 21 då resistorerna 114 och 116 samtelektrodresistorerna 110, 111, 1 12, 113 motverkar att strömmen går motjord 4 genom initieringskretsen 99.

I Fig. 3 visas ett altemativt kretsschema för extern initieringskrets 99' över eninkoppling av joniseringselektrodema 100, 101, 102, 103. I alla elektriska kretsarförekommer en viss induktans, även kallade ströinduktanser, där induktanserna i kretsenpåverkar hur de elektriska signalerna i kretsen fortplantas. Genom att införa induktanser140 i kretsen från de joniseringselektroder som befinner sig på ett längre avstånd frånden bakre elektroden 22 kan det elektriska överslaget i brännkammarkanalen 3kontrolleras. De införda induktanserna 140 är företrädesvis större än de i kretsen förekommande ströinduktansema.

Den koniska hållaren 32 enligt Fig. 4 är i en utförandeform utformat för att förbrukasskiktvis genom successiv förbränning av de i Fig. 4 visade två ämnesskikten 33 och 34.Ytterligare ämnesskikt kan naturligtvis förekomma. Vid varje initiering förbrukas ettskikt, varvid varje ny energipuls mot den i brännkammarkanalen 3 exponerade ytan påden koniska hållaren 32 förgasar ytan helt eller delvis och genererar ett plasma skapatav den elektriska urladdningen mellan den bakre elektroden 22 och den främreelektroden 21. Den första pulsen förgasar ämnesskiktet 33, varvid ämnesskiktet 34friläggs mot brännkammarkanalen 3. Därefter kommer nästa puls att förgasa nästa skikt34 osv. Förgasningen kan ske skiktvis i såväl axiell led som radiell led men kan ävenske genom en ökad förbrukning av material runt joniseringselektroderna 100, 101, 102,103 och avtagande mot den främre elektroden 21 och den bakre elektroden 22. Ävenandra förbrukningssätt är möjliga. Helt eller delvis förbrukad konisk hållare 32 kanenkelt bytas ut mot ett nytt vid behov.

Den koniska hållaren 32 kan utfonnas genom t.ex. lamineringsteknik där ett bestämtantal skikt eller lager sammanfogas motsvarande det antal tändpulser somplasmageneratom l är dimensionerad till att generera. Den koniska hållaren 32 kan ävenutföras i ett homogent material eller i homogent material i en kombination medlaminering, eller genom sintring, pressning eller annan sammanfogningsteknik som ärlämplig för förening av metalliska och polymera material varvid andelen metallisktmaterial utgör i storleksordningen 10-50 vikts-% och andelen polymert material utgör istorleksordningen 50-90 vikts-%. Variation av energimängden till plasmageneratorn kanäven användas för att förgasa ett eller flera lager i en laminerad konisk hållare 32 eller en varierad massa i den koniska hållare 32 som är utförd i ett homogent material.

Fyllnadsgasen i brännkammarkanalen 3 joniseras med joniseringselektroderna 100, 101,102 och 103, vilket ökar ledningsförmågan och möjliggör den med bestämd tidslängd,amplitud och form mellan främre elektroden 21 och bakre elektroden 22 utlösta, mycket kraftiga, elektriska energipulsen, som får ytskiktet att upphettas, förgasas och joniserashelt eller delvis, skiktvis eller lager för lager till plasma, varm gas och varma partiklarvarvid ett förutbestämt plasma fås att flöda ut genom ändmynningsöppningen 24 medett mycket högt tryck och vid en mycket hög temperatur och med en stor mängd gas ochVanna partiklar.

Den koniska hållaren 32 innefattar företrädesvis minst ett offermaterial eller ytskikt somåtminstone i det bildade plasmat sönderfaller till molekyler, atomer eller joner. Ettsådant offermaterial eller ytskikt innehåller lämpligen exempelvis väte och kol. Förgenerering av varma partiklar kan även metalliska material i kombination medexempelvis väte och kol vara en del av den koniska hållaren 32. Den koniska hållaren32 i den beskrivna utförandeformen innefattas av minst ett dielektriskt polymermaterial,företrädesvis en plast med hög smälttemperatur (företrädesvis över 150°C), högförgasningstemperatur (över 550°C, företrädesvis över 800°C) och lågvärmeledningsförmåga (företrädesvis under 0,3 W/mK). Speciellt lämpliga plasterinnefattar termoplaster eller härdplaster, exempelvis polyeten, fluorplast (såsompolytetrafluoretylen, etc.), polypropen etc., respektive polyester, epoxi eller polyimideretc. för åstadkommande av att endast ett ytskikt eller lager 33, 34 av den koniskahållaren förgasas för varje energipuls.

Offermaterialet i den koniska hållaren 32 bör, företrädesvis, även vara sublimerande,dvs. gå direkt från fast fonn till gasform. Det är även tänkbart att anordna olika lager avmaterial, tjocklek etc. till en laminerad konisk hållare 32 för åstadkommande av nämndaskiktvisa 33, 34 förgasning av laminatet i den koniska hållaren 32. Eller genom sintring,pressning eller annan sammanfogningsteknik förena metalliska och/eller polymeramaterial till en konisk hållare 32 för åstadkommande av nämnda skiktvisa 33, 34 förgasning av laminatet i den koniska hållaren 32.

Den yttre ytan på den koniska hållaren 32 är så beräknad, dimensionerad och tillverkadatt endast det yttersta, dvs. det ut från brännkammarkanalen 3 exponerade ytan av denkoniska hållaren 32, mellan den främre elektroden 22 och den bakre elektroden 21vända fria, ytskiktet eller lagret 33, 34 förgasas vid varje elektrisk puls. Optimalt får denkoniska hållaren 32 vara förbrukat vid det sista för plasmageneratom 1 tänkta plasmagenereringen.

Då förbrukningen av den koniska hållaren 32 kan tänkas vara dynamiskt föränderlig mellan varje användning, beroende på utförandet av exempelvis drivämnet, projektilen, 11 omgivningstemperaturen eller målets beskaffenhet, tillverkas den koniska hållaren meden viss marginal för att kunna fungera inom de av tillämpningen tänkbara utföranden.

Den koniska hållaren 32 kan även vara utförd i exempelvis en keram, halvledandekeram, eller annat material så som en plast eller annat ämne som inte förbrukas vidinitiering av plasmageneratorn 1. Vid initiering av en plasmagenerator 1 med ett ickeförbrukande koniska hållare 32 kommer den i brännkammarkanalen 3 innehållnafyllnadsgasen att joniseras vid den elektriska urladdningen. Efter en elektrisk urladdningkan den koniska hållaren 32 beläggas med ett ytskikt av exempelvis sot som därefterblir en del av förloppet. En helt ny konisk hållare, som ännu inte utsatts för en elektriskurladdning, kan beläggas med ett ytskikt, exempelvis ett fett, sot eller liknande, somjoniseras av joniseringselektrodema för att initiera en första elektrisk urladdning mellanden bakre och främre elektroden. Med en konisk hållare 32 utfört i ett icke förbrukandematerial behövs ej den koniska hållaren 32 ersättas vid upprepad användning.

Fig. 5 visar en hylsförsedd ammunitionsenhet 13 med integrerad plasmagenerator.Plasmageneratom 1 är monterad i en patronhylsa 10, tillsammans med en drivladdning11 och en projektil 12. Drivladdningen 1 1 kan exempelvis vara ett fast krut innefattandeminst en laddningsenhet i form av en eller flera cylindriska stavar, skivor, block etc.Laddningsenheterna är multiperforerade med ett större antal brinnkanaler så att ett s.k. imånghålskrut erhålles. Alternativa utföringsformer av drivladdningen 1 1 är naturligtvis möjliga.

Fig. 6 visar en joniseringselektrod 100 utför med en överslagsledare 1000.Överslagsledaren 1000 är anordnad för att styra det elektriska överslaget så att ettelektriskt överslag rör sig mellan överslagsledare anordnade på respektivejoniseringselektrod. Överslagsledaren är anordnad som en från joniseringselektrodenutskjutande del som företrädesvis sticker ut från den koniska hållaren 32.

FUNKTIONSBESKRVNINGFunktionen och användningen av plasmageneratorn 1 enligt uppfinningen är enligt följande i fallet att fyra joniseringselektroder nyttjas.

Vid avfyrning och initiering av plasmageneratorn 1 bringas de avhögspänningsgeneratorn 2 laddade kondensatorerna 120, 121 att urladdas genombrytaren 130. Kondensatorerna 120, 121 är anslutna till joniseringselektroderna 100, 12 101, 102, 103, och laddningsomfördelningen vid urladdning av kondensatorerna medfören jonisering av fyllnadsgasen i brännkammarkanalen 3. När joniseringsgraden är sådanatt plasmagenerering kan initieras så bringas den andra högspänningsgeneratorn 5 attavge en kraftig elenergipuls innefattande en hög strömstyrka och/eller en hög spänning,båda med en viss bestämd amplitud och pulslängd anpassad efter de för det aktuellavapnet, temperaturen, drivladdningen, projektilens, målet omgivningens etc. gällandeegenskaper. Plasmageneratorns 1 impedans är vid aktivt tillstånd, dvs. underplasmagenerering, låg varför företrädesvis en hög ström genereras från den andrahögspänningsgeneratorn 5, i storleksordning 10 - 100 kA, för att lyckas medövertändning krävs dock en hög spänning, i storleksordning 1 - 10 kV. För attåstadkomma ett effektivt plasma, för övertändning av drivmedelsbädd, bör varjeenergipuls överstiga 1 kJ, men kan uppgå till 30 kJ, och tillföras plasmat med enpulslängd på mellan 1 us - 10 ms.

Utförandet med flera efter varandra i brännkammarkanalen 3 följ andejoniseringselektroder 100, 101 , 102 och 103 får det elektriska överslaget mellan denbakre elektroden 22 och den främre elektroden 24 att stegvis förflytta sig mellanjoniseringselektroderna. Vid det första överslaget eller urladdningen från den bakreelektroden 22 till den första joniseringselektroden 100 kommer UV-ljus frånurladdningen jonisera fyllnadsgasen. Vidare flyttar sig det elektriska fältet från denbakre elektroden 22 till den första joniseringselektroden 100 vilket underlättarnästkommande urladdning från joniseringselektrod 100 till joniseringselektrod 101.Även vid urladdningen mellan joniseringselektroderna 100 till 101 skapas UV-ljus förvidare jonisering samt ytterligare en förflyttning av det elektriska fältet. På samma sättfortgår det elektriska överslaget fram till den främre elektroden 21. En mycketbegränsad ström kommer att gå i joniseringselektroderna motjord då resistansen motjord är hög. Huvuddelen av den elektriska energin i högspänningsgeneratorn 5 kommeratt laddas ut från den bakre elektroden 22 till den främre elektroden 21 och tillfyllnadsgasen i brännkammarkanalen 3. Resistorema har i storleksordningen l - 100kOhm i resistans för att begränsa den del av strömmen som går frånhögspänningsgeneratom 5 till jord viajoniseringselektroderna 100, 101, 102, 103. Närinitieringen av plasmageneratorn 1 sker genom att brytare 130 sluts kommer en laddadspänning i kondensatorerna 120 och 121 att laddas ut dels genom brytaren 130 till jordsamtidigt som det sker en laddningsomfördelning från joniseringselektroderna 100, 101,102 och 103 och kondensatorema 120 och 121. Laddningsomfördelningen frånjoniseringselektrod 100 sker genom resistorn 111 och laddningsomfördelningen frånjoniseringselektrod 103 sker genom resistom 112. 13 Den kraftiga elenergipulsen kommer att generera ett elektriskt överslag, nedan ävenkallat bågurladdning, mellan den bakre elektroden 22, och den främre elektroden 21, viajoniseringselektroderna 100, 101, 102, 103 och i den plasmakanal som bågurladdningenskapar blir det en så hög temperatur att det yttersta ytskiktet/lagret av den koniskahållaren 32 smälter, förgasas och slutligen joniseras till ett mycket hett plasma. I ettaltemativt utförande kan ett tillfört ämne till brännkammarkanalen 3 vara en del av detämne som bildar plasma i samband med bågurladdningen. Det kan även vara så attenbart fyllnadsgasen joniseras, i detta fall förbrukas inget av den koniska hållaren 32.Vidare kan det vara så att en ytbeläggning på den koniska hållaren 32 joniseras ochskapar en plasmakanal så att en bågurladdning mellan den bakre elektroden 22 och denfrämre elektroden 21 sker, i detta fall förbrukas inget av den koniska hållaren 32.Genererad plasmaliknande gas bringas, på grund av det höga tryck som förgasningengenererar i brännkammarkanalen 3, att spruta ut genom gasutloppet 24, vilket gasutlopp24 är formad som en dysa. Pulslängd, pulsform, strömstyrka och spänning kan varierasefter aktuella förhållanden vid avfyrningstillfallet, såsom omgivningens temperatur,luftfuktighet etc. och för föreliggande vapensystems och ammunitions- respektiveprojektiltyps speciella egenskaper samt den aktuella måltypen, inklusive avståndet tillnämnda mål.

En plasmagenerator med variabel tändenergi möjliggör momentan övertändning av heladrivladdningen och därmed möjliggörs omedelbar tryckhöjning. En plasmagenerator haräven fördelen av att tändenergin kan varieras över tid till skillnad från en pyroteknisktändare. Variabel tändenergi innebär att tändenergin kan anpassas till olika typer ochstorlekar av drivladdningar, för att variera projektilens skjutavstånd, och även för attkompensera för drivladdningens temperaturberoende. Den energimängd somhögspänningsgeneratom 5 laddas med anpassas utifrån plasmageneratorns 1 storlek ochprestanda. Då impedansen i det elektriska överslaget mellan den bakre elektroden 22,via joniseringselektroderna 100, 101, 102, 103, till den främre elektroden 21 närmar signoll så tillförs inte längre någon elektrisk energi till plasmakanalen. Då ingen energitillförs plasmakanalen så kan pulsen från högspänningsgeneratom 5 brytas elleravslutas. Företrädelsevis så anpassas energimängden i högspänningsgeneratom 5 så attdå impedansen i det elektriska överslaget närmar sig noll så är ävenhögspänningsgeneratom 5 urladdad. På detta sätt energioptimeras plasmageneratom 1.

Vapensystem kan enklare och säkrare tändas med föreslagen repeterbar plasma-generator. Undvikandet av känsliga tändämnen och tändpatroner medför att fullständig 14 användning av drivämnen av låg känslighet kan införas. Problem med känslig mekaniksom mekanism för byte av tändpatron eller doseringsutrustning for vätskor kanundvikas. Tekniken medför ökad styrning av tändpulsen avseende parametrar somenergiinnehåll, pulslängd och upptändningstid. Tändpulsen kan adaptivt anpassas tilldrivladdningens storlek beroende på mängden drivämne, drivämnets känslighet och omgivande temperatur.

UTFÖRINGSEXEMPEL Exempel på en plasmagenerator enligt uppfinningen, avsedd för användning i ettartillerisystem som ersättning för konventionell tändpatron nyttjades energipulser på cal - 10 kJ med varaktigheten någon millisekund och spänningen i intervallet 5 - 20kVolt. Strömstyrka i intervallet l - 50 kA. Avstånd mellan främre elektrod 21 och bakreelektrod 22 var i storleksordningen 20 - 100 mm.

ALTERNATIVA UTFÖRINGSFORMERUppfinningen är inte begränsad till de speciellt visade utföringsformerna utan kan varieras på olika sätt inom patentkravens ram.

Det inses exempelvis att antalet, storleken, materialet och formen av de iammunitionsenheten och plasmageneratorn ingående elementen och detaljema anpassasefter det eller de vapensystem och övriga konstruktionsegenskaper som för tillfälletföreligger.

Det inses att ovan beskrivna ammunitionsutförande kan innefatta flera olikadimensioner och projektiltyper beroende på användningsområde och eldrörsvidd. Härovan avses dock åtminstone de idag vanligaste förekommande projektilerna på mellanca 20 mm - 160 mm.

Vid de ovan beskrivna utföringsfonnema innefattar plasmageneratorn endast ett främregasutlopp, men det faller inom uppfinningstanken att anordna fler dylika öppningar utmed brännkammarkanalens yta eller flera öppningar i den främre öppningen 24.

Plasmageneratom är repeterbar men kan även användas i engångsutförande, exempelvis i en ammunitionsapplikation, tändare för en stridsdel eller initiering av raketmotorer.

Claims (10)

1. 1. Plasmagenerator (1) för initiering av drivladdningar i ett vapensystem,exempelvis vid utskjutning av projektiler från ett eldrörsvapen, genom elektriskurladdning mellan en bakre elektrod (22) och en främre elektrod (21) i en i ettbrännkammarämne (30) innefattad och med fyllnadsgas fylld brännkammarkanal (3)anordnade för att antända minst en drivladdning (11) k ä n n e t e c k n a d a v attplasmageneratorn (1) innefattar minst en joniseringselektrod (100, 101, 102, 103)anordnad inuti det omslutande brännkammarämnet (30) där joniseringselektroden (100,101 , 102, 103) är ansluten till en initieringskrets (99), innefattande minst en forstahögspänningsgenerator (2), förjonisering av fyllnadsgasen i brännkammarkanalen (3),samt en andra högspänningsgenerator (5) anordnad för elektrisk urladdning i denelektriskt ledande gasen från den bakre elektroden (22) via minst en joniseringselektrod(100, 101, 102, 103) vidare till den främre elektroden (21) så att het tändgas under högttryck bildas.

2. Plasmagenerator (1) enligt krav 1, k ä n n e t e c k n a d a v attinitieringskretsen (99) innefattar den första högspänningsgeneratom (2) och minst enbrytare (130) ansluten till den första terminalen på minst en kondensator (120, 121),varvid joniseringselektroden (100, 101, 102, 103) är ansluten till den andra terminalenpå nämnda kondensator (120, 121).

3. Plasmagenerator (1) enligt krav 2, k ä n n e t e c k n a d a v attinitieringskretsen (99) innefattar minst en induktor (140) ansluten mellan den andraterminalen på kondensator (120, 121) och joniseringselektroden (100, 101, 102, 103).

4. Plasmagenerator (1) enligt något av kraven 1 - 3, k ä n n e t e c k n a d a v att joniseringselektroderna (100, 101, 102, 103) är fast anordnade till en koniskhållare (32), varvid joniseringselektroderna (100, 101, 102, 103) är i öppen kontakt motbrännkammarkanalen (3) och elektriskt anslutna till initieringskretsen (99).

5. Plasmagenerator (1) enligt något av kraven 1 - 4, k ä n n e t e c k n a da v att joniseringselektroderna ( 100, 101, 102, 103) i minst en punkt är anordnad medminst en överslagsledare (1000).

6. Plasmagenerator (1) enligt krav 4, k ä n n e t e c k n a d a v attjoniseringselektroderna (100, 101, 102, 103) är cirkelsymmetriskt anordnade runt en centrumlinje (7) och att en elektrisk isolator mellan joniseringselektroderna utgörs avden koniska hållaren (32) som anordnas i centrum på den bakre elektroden (22) samt därden koniska hållaren (32) och den bakre elektroden (22) är anordnad så att elektriskkontakt mellan initieringskretsen (99) och joniseringselektrodema (100, 101, 102, 103)möjliggörs.

7. Plasmagenerator (1) enligt något av kraven l - 6, k ä n n e t e c k n a d a v att den på brännkammarkanalens (3) bakre ände anordnade bakre elektroden (22) ärelektriskt ansluten till den andra högspänningsgeneratorn (5) och att den påbrännkammarkanalens (3) främre ände anordnade främre elektroden (21) är ansluten tilljord (4), vilken bakre och främre elektroden är utförda i ett elektriskt ledande material,och att det i den främre elektroden (21) är anordnat ett gasutlopp (24) som mynnar utmot drivladdningen (1 1).

8. Plasmagenerator (l) enligt krav 7, k ä n n e t e c k n a d a v attgasutloppet (24) är något av en konvergent dysa eller en divergent dysa eller enkonvergent-divergent dysa.

9. Ammunitionsenhet (13) innefattande en granathylsa (1 O), en projektil (12),en drivladdning (1 l) och en tändanordning (1), k ä n n e t e c k n a d a v att tändanordningen (1) utgörs av en plasmagenerator (l) enligt något av kraven 1-8.

10. Utskjutningsanordning innefattande ett eldrör, drivladdning samt entändanordning (1), k ä n n e t e c k n a d a v att tändanordningen (1) utgörs av enplasmagenerator (1) enligt något av kraven 1-9.